JPH08110331A - 超音波顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、測定系の調整を行うことなく期待す
る画質の超音波画像を容易に得ることができ、反射超音
波の強度の大小によらず所定の有効桁数を維持した画素
値により超音波画像を形成することを目的とする。 【構成】音響レンズ３で収束させた超音波が入射した試
料５からの反射波を受信信号に変換して超音波画像を形
成する超音波顕微鏡において、前記受信信号が所定範囲
の大きさとなるように増幅率が変化する増幅回路９と、
この増幅回路９で増幅された受信信号をピーク検波する
ピーク検波回路１０と、ピーク検波された受信信号の検
波値とその受信信号の前記増幅回路９での増幅率とが一
組で記録される画像メモリ１２と、前記画像メモリ１２
に記憶された検波値及び増幅率と外部から入力される補
正値とに基づいて表示データの画質を補正する表示補正
回路１３とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して試料
の表面または内部構造に関する超音波画像を形成するこ
とのできる超音波顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】音響レンズにより収束させた超音波を試
料に入射し、その試料反射波を電気的な受信信号に変換
して必要な反射波成分を抽出し、その反射波成分から超
音波画像を作成する超音波顕微鏡が一般に知られてい
る。

【０００３】一般的な超音波顕微鏡は試料からの反射超
音波の強度を測定している。かかる超音波顕微鏡におい
て、適正な超音波画像を得るために、試料に入射する超
音波の強度を調整し、若しくは試料反射波の受信信号の
減衰量を調整し、又はそれらを組み合わた調整を実施し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料か
らの反射超音波の強度は試料の性質によって様々である
ことから、所望のコントラスト、明るさを持った超音波
画像を得るためには前記調整に熟達しなければならず、
又その調整に時間と手間を要するという問題があった。

【０００５】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、個々の試料に対応して測定系の調整を行う
ことなく期待する超音波画像を得ることができ、熟練者
によらなくても容易に期待する画質の超音波画像を取得
でき、しかも反射超音波の強度の大小によらず所定の有
効桁数を維持した検波値により超音波画像を形成可能な
超音波顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、音響レンズで収束させた超音波を試料
に入射し、その試料からの反射波を受信して電気的な受
信信号に変換し、その受信信号の強度により超音波画像
を形成する超音波顕微鏡において、前記受信信号が所定
範囲の大きさとなるように増幅率が変化し、当該受信信
号をその強度に応じた適正増幅率で増幅する増幅回路
と、前記増幅回路で増幅された受信信号をピーク検波す
るピーク検波回路と、前記ピーク検波回路でピーク検波
された受信信号の検波値とその受信信号の前記増幅回路
での増幅率とが一組で記録される画像メモリと、前記画
像メモリに記憶された検波値及び増幅率と外部から入力
される補正値とに基づいて表示データの画質を補正する
表示補正回路とを具備する構成とした。

【０００７】請求項２に対応する本発明は、上記構成の
超音波顕微鏡において、前記表示補正回路が、一画面中
に最大値Ｐよりも大きい表示データ、又は最小値よりも
小さい表示データが存在する場合、その表示データを最
大値又は最小値へ変更するための補正値を計算し、その
補正値を使って表示データを補正することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り次のような作用を奏する。請求項１に対応する本発明
によれば、音響レンズで受波された反射超音波の電気的
な受信信号が所定範囲の大きさとなるように増幅回路で
増幅（減衰）され、その増幅回路で増幅された受信信号
がピーク検波回路でピーク検波される。ピーク検波回路
でピーク検波された受信信号の検波値とその受信信号の
増幅回路での増幅率とが一組となって画像メモリに記録
される。表示補正回路では、画像メモリに記憶された検
波値及び増幅率とから画素データが復元され、その画素
データは外部から入力される補正値に基づいてコントラ
スト，明るさ等の画質が補正される。

【０００９】従って、受信信号のダイナミックレンジを
大幅に制限し、且つ調節操作が煩雑な画質調整回路を使
わずに画質調整することができる。また、反射強度の大
きく異なる試料を観察対象とする場合であっても、受信
信号の大きさを最も分解能を高くとれる範囲に入れ、そ
の時の増幅率と信号値（ピーク検波値）とから表示デー
タを再現できることから、超音波反射波の強度に左右さ
れずに信号値の有効桁数を維持することができる。

【００１０】請求項２に対応する本発明によれば、飽和
せずに良好に表示し得る画素データの最大値、及び表示
可能な画素データの最小値が、表示補正回路に設定、又
は入力される。そして、一画面中に最大値よりも大きい
表示データが存在する場合は、その表示データを最大値
へ変更するための補正値が計算される。同様に、一画面
中に最小値よりも小さい表示データが存在する場合に
は、その表示データを最小値へ変更するための補正値が
計算される。そして、その画面の表示データに前述した
補正を施した表示データを再現し、画面表示できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明の一実施例に係る超音波顕微鏡の構成が示
されている。本実施例の超音波顕微鏡は、送信パルスを
出力するパルス送信部１、このパルス送信部１から印加
される送信パルスを超音波に変換するトランスデューサ
２、このトランスデューサ２で発生させた超音波を微小
スポットに収束する音響レンズ３等から超音波送受信部
を構成している。音響レンズ３の走査範囲内に配置され
た水槽４内に試料５が設置され、音響レンズ３と試料５
との間に超音波を伝播させるためのカプラ液体６が満た
されている。

【００１２】試料５に入射した超音波は反射して再び音
響レンズ３へ入射しレンズ内を通ってトランスデューサ
に印加され、そこで電気的な受信信号に変換された後に
前置増幅器７へ入力される。

【００１３】前置増幅器７の出力段に受信信号から任意
区間の信号成分を抽出するゲート部８が接続され、さら
にゲート部８の出力段に可変増幅率アンプ９が接続され
ている。可変増幅率アンプ９は、受信信号が所定範囲内
の大きさとなるように、増幅率が当該受信信号の振幅に
応じて変化する。この可変増幅率アンプ９の出力段にピ
ーク検波回路１０が接続されている。ピーク検波回路１
０はＡ／Ｄ変換器１１に接続されている。Ａ／Ｄ変換器
１１の出力、及び可変増幅率アンプ１０の増幅率が一組
として画像メモリ１２に記憶される。画像メモリ１２に
記憶されている検波値及び増幅率は表示タイミングに同
期して表示補正回路１３へ出力される。表示補正回路１
３は、補正値設定部１４から入力する補正値と画像メモ
リ１２から入力する検波値及び増幅率とを予め定められ
ている関数に基づいて処理し、コントラスト，明るさ等
の画質を最適化した表示データを表示部１５へ出力す
る。補正値設定部１４は、試料により異なる表示画像の
コントラスト、明るさ、ガンマ補正、その他の補正値が
オペレータからマニュアルで設定される。これらの補正
値はオペレータが任意に設定できる。

【００１４】なお、パルス送信部１からの送信パルスの
発振タイミング，超音波による走査はＣＰＵ１６が管理
している。ＣＰＵ１６は互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向
の走査を行う走査部１７〜１９にタイミング信号を与え
ると共に、パルス制御部２０に対して送信指令を出力す
る。また、ゲート部８はゲート制御回路２１によりゲー
ト期間を制御される。または、補正値設定部１４を特に
調整せずに初期状態の補正値を固定または自動で設定し
てもよい。

【００１５】これは、補正値設定部１４が初期設定時に
有する補正値を用いることであり、この初期設定値は当
業者が経験上頻繁に用いる値である表示画面の補正値の
平均またはモードを用いることが多い。言い換えれば、
初期設定値は補正値として最適であると考えられる値で
ある。

【００１６】なお、走査部１７〜１９は、音響レンズ３
と試料５との関係を変化させるものであり、一般的に
は、音響レンズ３をＸ又はＹの一軸方向に振幅させ、試
料５をＸ又はＹの他の一軸方向に試料保持ステージ（図
示せず）ごと移動させることで試料の一平面を走査する
ことになる。また。Ｚ軸方向は、試料を移動させること
が一般的できある。

【００１７】しかし、このように音響レンズ３と試料５
との関係を相対的に変化させる方法は幾つかあり、他の
変形例としては音響レンズ３をＸ，Ｙ，Ｚ方向に振幅及
び移動させる方法、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に試料を試料保持ス
テージ（図示せず）ごと振幅及び移動させる方法などが
あげられる。さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に振幅及び移動が
可能であり、音響レンズ３と試料５との関係を上述した
ものと同様に相対的に変化させるものであれば、上述し
た方法以外のものであってもよい。

【００１８】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。先ず、ＣＰＵ１６が所定の間隔
で試料５が超音波ビームで走査されるようにＸ，Ｙ，Ｚ
方向の各走査部１７〜１９を制御し、この走査タイミン
グに同期してパルス制御部２０に送信指令を発する。

【００１９】パルス制御部２０から送信指令を起点とし
てパルス送信部１に対し送信トリガが出力され、パルス
送信部１から単発パルス信号がサーキュレータを介して
トランスデューサ２へ入力される。トランスデューサ２
による電気音響変換によりパルス信号が超音波に変換さ
れ、その超音波が音響レンズ３で収束作用を受けて微小
スポットとなって試料５に入射する。

【００２０】試料５からの反射波は再び音響レンズ３で
受波され、レンズ内を伝播した後にトランスデューサ２
で電気的な受信信号に変換される。この受信信号はサー
キュレータを介して前置増幅器７に入力して所定レベル
まで増幅される。この増幅された受信信号がゲート部８
に入力する。

【００２１】一方、ゲート制御回路２１では、トランス
デューサ２へ送信した送信パルスに対する受信信号に対
して任意の位置にゲートを掛けるゲート制御信号を発生
してゲート部８へ与える。ゲート部８はゲート制御回路
２１より入力するゲート制御信号に基づいてゲートを開
き、前置増幅器７より入力する受信信号から任意の信号
成分を抽出する。ゲート部８で抽出された反射波成分
（抽出信号）は可変増幅率アンプ９へ入力する。

【００２２】可変増幅率アンプ９は抽出信号の信号レベ
ルに応じて適正な増幅率に調節されて高い分解能を実現
し得る信号範囲に抽出信号を絞り込む。この増幅後の抽
出信号がピーク検波回路１０へ出力され、その時の増幅
率が画像メモリ１２へ出力される。

【００２３】例えば、ゲート部８から抽出信号Ｍ（＝Ａ
×１０^B ）が入力したとすれば、その抽出信号Ｍを（Ａ
×１０^B ）／１０^B に増幅（減衰）して、その増幅（減
衰）後の抽出信号（＝Ａ）をピーク検波回路１０へ出力
し、デシベル表示された増幅率Ｂを画像メモリ１２へ出
力する。すなわち、抽出信号Ｍの大きさが試料により大
きく異なるがＡの有効桁数は保持したまま減衰量（＝１
０^B ）が調節される。ここで、減衰量として１０^B を用
いたが、減衰量の表現は特にこれに限定されるものでは
なく、９^B ，８^B など試料や測定条件に合わせてその時
々に適した値の表現を用いて良い。

【００２４】この抽出信号Ａはピーク検波回路１０でピ
ーク検波され、その検波値ＡがＡ／Ｄ変換器１１でデジ
タルデータに変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器１１か
ら出力される検波値Ａと当該検波値Ａに対応する抽出信
号の可変増幅率アンプ９での増幅率Ｂとが組となって画
像メモリ１２に記憶される。

【００２５】このような動作が一画面分の走査期間中に
超音波送受信の度に繰り返し行われ、検波値Ａ及び増幅
率Ｂの組が画像メモリ１２に順次記憶される。一方、画
像メモリ１２に記憶された検波値Ａ及び増幅率Ｂの組
は、画面を構成する各点の表示タイミングに従って画像
メモリ１２から表示補正回路１３へ入力される。表示補
正回路１３では、表示データＰｉを補正値設定部１４か
らの補正値Ｆｓと画像メモリ１２からの検波値Ａ及び増
幅率Ｂとを使ってＰｉ＝Ｓ（Ｆｓ，Ａ，Ｂ）の関数によ
り求める。この表示データＰｉが表示部１５へ入力して
原画像に対応した所定の画素位置に表示される。

【００２６】なお、最初の一画面に対する補正値Ｆｓと
して初期設定値が使用され、その初期設定値で補正され
た画像が表示部１５に表示される。オペレータは表示部
１５に表示された画像のコントラスト、明るさ等を判断
し、それらが最適となるように補正値設定部１４にフィ
ードバックをかけることになる。補正値Ｆｓの初期設定
値には補正値＝０を含む。

【００２７】また表示補正回路１３は、表示部１５で飽
和せずに良好に表示し得る画素データの最大値Ｐmax 、
及び表示部１５で表示可能な画素データの最小値Ｐmin
が設定される。一画面中に最大値Ｐmax よりも大きい表
示データＰｉが存在する場合は、その表示データＰｉを
最大値Ｐmax へ変更するための補正値が計算される。同
様に、一画面中に最小値Ｐmin よりも小さい表示データ
Ｐｉが存在する場合には、その表示データＰｉを最小値
Ｐmin へ変更するための補正値が計算される。そして、
次画面では上記計算した補正値Ｆｓを使って変換され
た、表示データＰｉを表示部１５の上限レベルから下限
レベルの間に抑え込む。これにより、表示データＰｉを
表示部１５の上限レベルから下限レベルの間に抑え込ん
だ画面、すなわち前画面に補正を施した画像を表示部１
５に表示できる。

【００２８】表示補正回路１３で補正された表示データ
Ｐｉは順次表示部１５へ渡されて表示される。このよう
に本実施例によれば、受信信号が入力する可変増幅率ア
ンプ９の増幅率Ｂを受信信号の分解能が最も高くなるよ
うに自動調整し、この可変増幅率アンプ９で増幅後の受
信信号の検波値Ａと増幅率Ｂとを表示補正回路１３に入
力して原画素データを復元すると共に補正値Ｆｓに基づ
いてコントラスト等を補正するようにしたので、試料５
からの反射超音波の強度が試料により大きく異なってい
ても測定後にコントラストや明るさを調整することがで
き、コントラスト，ブライトネス等の画質調整を容易に
行うことができる。

【００２９】本実施例によれば、コントラスト，ブライ
トネス調整を行っていない受信信号を可変増幅率アンプ
９に入力して受信信号の検波値Ａの有効桁数を維持する
ようにしたので、試料５からの反射超音波の強度が大き
く相違していても常に一定レベル以上の分解能を確保す
ることができる。

【００３０】本実施例によれば、表示補正回路１３に画
素データの最大値Ｐmax 及び最小値Ｐmin を設定し、一
画面中に最大値Ｐmax よりも大きい表示データＰｉまた
は最小値Ｐmin よりも小さい表示データＰｉが存在する
場合には、その表示データを最大値Ｐmax 又は最小値Ｐ
min へ変更するための補正値を計算し、以後はその補正
値を使ってデータ補正するようにしたので、画素データ
が飽和するような場合であっても良質な超音波画像を確
保することができる。本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
変形実施可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、個
々の試料に対応して測定系の調整を行うことなく期待す
る超音波画像を得ることができ、熟練者によらなくても
容易に期待する画質の超音波画像を取得でき、しかも反
射超音波の強度の大小によらず所定の有効桁数を維持し
た検波値により超音波画像を形成可能な超音波顕微鏡を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波顕微鏡の構成図
である。

【符号の説明】

１…パルス送信部、２…トランスデューサ、３…音響レ
ンズ、８…ゲート部、９…可変増幅率アンプ、１０…ピ
ーク検波回路、１２…画像メモリ、１３…表示補正回
路、１４…補正値設定部、１５…表示部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響レンズで収束させた超音波を試料に
   入射し、その試料からの反射波を受信して電気的な受信
   信号に変換し、その受信信号の強度により超音波画像を
   形成する超音波顕微鏡において、 前記受信信号が所定範囲の大きさとなるように増幅率が
   変化し、当該受信信号をその強度に応じた適正増幅率で
   増幅する増幅回路と、 前記増幅回路で増幅された受信信号をピーク検波するピ
   ーク検波回路と、 前記ピーク検波回路でピーク検波された受信信号の検波
   値とその受信信号の前記増幅回路での増幅率とが一組で
   記録される画像メモリと、 前記画像メモリに記憶された検波値及び増幅率と外部か
   ら入力される補正値とに基づいて表示データの画質を補
   正する表示補正回路とを具備したことを特徴とする超音
   波顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記表示補正回路は、表示データの最大
   値及び最小値が設定され、一画面中に最大値Ｐよりも大
   きい表示データ、又は最小値よりも小さい表示データが
   存在する場合、その表示データを最大値又は最小値へ変
   更するための補正値を計算し、その補正値を使って表示
   データを補正することを特徴とする請求項１記載の超音
   波顕微鏡。